어스뽀어스

프로젝트 개요

기술개발 과제

국문 : 수소연료전지 배출수를 재이용한 유수식 세정집진장치

영문 : Water Filter for Dust Collector with Reused Hydrogen Fuel Cell Discharged Water

과제 팀명

어스포어스 (Us For Earth)

지도교수

박영권 교수님

개발기간

2020년 9월 ~ 2020년 12월 (총 4개월)

구성원 소개

서울시립대학교 환경공학부 20178900** 강*영(팀장)

서울시립대학교 환경공학부 20178900** 문*예

서울시립대학교 환경공학부 20178900** 이*윤

서울시립대학교 환경공학부 20178900** 이*영

서론

개발 과제의 개요

개발 과제 요약

내용

개발 과제의 배경 및 효과

내용

개발 과제의 목표와 내용

내용

개발과제의 기대효과

기술적 기대효과

내용

경제적 및 사회적 파급효과

내용

구성원 및 추진체계

내용

설계

설계사양

개념설계안

원심 송풍기 단면

이론적 계산 및 시뮬레이션

내용

조립도

내용

조립순서

내용

부품도

내용

제어부 및 회로설계

내용

소프트웨어 설계

내용

자재소요서

내용

결과 및 평가

완료작품 소개

프로토타입 사진

가. 흡입구, 송풍기 연결사진(측면, 정면)

나. 물필터, 처리수 저장부(정면)

다. 3D 모델링

라. 3D 프린트

마. 실험을 위한 시제품 제작

포스터

개발사업비 내역서

완료 작품의 평가

1. 목적성

미세먼지를 제거하는 기존 분진흡입차량이 내연기관에서 미세먼지를 배출한다는 모순점을 해결하였으며 발생되는 수소연료전지 부산물인 물 4.77L/d가 모두 물필터에 사용되기에 목적에 달성하였습니다.

2. 신규성

기존에 미세먼지 문제를 해결하기 위한 여러 접근 방식들이 있었지만 연료전지로부터 나오는 물을 이용한 사례는 없었으며 특허자료를 비교할 경우 수소버스의 연료전지 배출수를 이용한 유수식 세정집진 장치에 대한 특허는 존재하지 않았습니다.

3. 기술성

본 설계제품은 목표로 한 유량 7.4 m3/hr 보다 높은 19.5 m3/hr를 처리할 수 있기에 설계 목표를 달성하였습니다. 그리고 PM10 미세먼지 제거 효율은 92.21%로 목표로 한 처리효율인 80%보다 높은 수치를 나타냅니다. 감압밸브를 이용하여 추가적인 전력소모 없이 물 배출과 저장이 가능합니다.

4. 경제성

B/C 분석 결과, B/C 값이 4.53으로 비용 대비 이익이 1 이상입니다.

5. 기술 활용성

본 장치는 대략 가로 0.4m, 세로 0.6m, 높이 0.5m로 수소버스 내부 설치 시 그리 크지 않지만, 기존 장치들이 있는 수소버스에 새로운 장치를 장착하는 것은 쉽지 않을 수 있습니다. 하지만 수소버스 뿐만 아니라, 수소차, 수소트럭 등 연료전지로 구동되며 물이 발생하는 모든 종류의 교통수단에 적용가능하며 미세먼지 저감효과를 기대할 수 있습니다.

6. 공익성 (환경적 측면)

본 장치는 분진흡입차량을 대체하고도 더 많은 처리유량을 감당하고 연료전지에서 하루에 배출되는 물의 양인 4.77L/day를 모두 사용하므로 수자원 재이용의 목적에 부합하였습니다. 그리고 공기 세정에 사용된 물은 처리수 저장부에 저장되었다가 수소버스가 차고지로 들어왔을 때 하루에 한 번씩 하수구로 배출됩니다. 깨끗한 물을 내보내는 것은 아니지만 유수식 세정집진 장치가 비로 재비산 먼지와 차량 발생먼지를 정화하는 것에 착안한 점에서 생각하면, 먼지를 포함한 물이 하수구로 배출되는 것은 문제가 되지 않습니다.

향후평가

본 설계는 수소버스의 연료전지 배출수를 이용한 ‘물 순환형 습식 미세먼지 제거장치’로 크게 수자원 재이용과 미세먼지 문제 해결을 목적으로 하고 있습니다. 본 장치가 부착된 시내버스의 운행으로 기존에 운영되는 분진흡입차량의 역할을 완전히 대체하여 분진흡입차량 운행 시 들었던 불필요한 비용과 자원 (인건비, 운영비 등)을 없애고자 하는 목표가 있습니다. 자체적인 평가를 통해 본 장치의 기술성, 경제성, 그리고 기술활용 가능성 등을 종합적으로 판단한 결과, 총 100점 만점에 92점으로 평가되어 본 장치가 실제로 시내버스인 수소버스에 적용하는 것이 충분히 타당함을 확인하였습니다.
 본 장치는 정부의 ‘수소 경제 활성화 로드맵’에 따라 수소버스로 교체되는 시내버스에 장착되는 장치로, 시내버스라는 공익성의 측면에서 시민들에게 미세먼지 저감 노력 등을 홍보할 수 있습니다. 또한 시내버스는 이동 동선이 정해져있기 때문에 지역별로 균형 있는 미세먼지 저감계획을 진행할 수 있습니다. 더 나아가, 본 장치는 수소버스 뿐만 아니라 수소차, 수소트럭 등 물이 배출되는 모든 종류의 연료전지 차에 적용 가능성을 지녀, 향후 ‘수소 경제 활성화 로드맵’에 따라 본격적으로 수소사회로 진입했을 때, 수자원 재이용과 미세먼지 저감의 목표를 효과적으로 이행할 수 있음을 예상할 수 있습니다.

부록

참고문헌 및 참고사이트

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[3] ‘미세먼지 '꿀꺽', 공기청정기 '수소차' 각광’. ZDNet Korea. 2016. (2020.10.09. 방문) https://zdnet.co.kr/view/?no=20160605112236

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[5] 현대자동차-수소전기차 홈페이지 (2020.10.09. 방문) https://www.hyundai.co.kr/TechInnovation/Fcev/Airpurification.hub

[6] 박상현 (2013) "건식·습식 ESP의 전기적 특성 및 미세먼지 집진 효율 비교”, 한서대학교 석사학위논문

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[8] 마미업 공기청정기 홈페이지 (2020.10.09. 방문) https://smartstore.naver.com/0032qq/products/4278837752

[9] 박홍구. "나선형 필터와 싸이클론 시스템이 포함된 스크러버의 대기오염방지 효율에 관한 연구." 국내박사학위논문 한국산업기술대학교 지식기반기술·에너지대학원, 2019. 경기도

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[17] 환경부 환경정책, 2020년 수소연료전지차 보급 및 충전소 설치사업 보조금 업무처리지침

[18] 경기연구원, 미세먼지저감 전기차수소차 어디까지 왔나,(2020.2.19.)

[19] 전국버스운송사업조합연합회, 전국버스업체운영현황(2020.8.31.)

[20] 현대자동차 홈페이지 (2020.10. 10 방문) https://www.hyundai.co.kr/TechInnovation/Fcev/Economic.hub

[21] 퓨어린의 스모크린 (2020.10.10. 방문) http://purereen02.bizdaara.com/sell_view.html?cid=purereen02&no=893632&bc=18&mc=19&uc=&page=1&search=&key=&url=/sell_list.html#anchor1

[23] 출처 : 경기일보(http://www.kyeonggi.com) http://www.kyeonggi.com/news/articleView.html?mod=news&act=articleView&idxno=1370518

[24] 도로분진흡입차량, KR100868487B1 (2008.07.04.) https://patents.google.com/patent/KR100868487B1/ko

[25] 습식집진장치, 10-2012-0138070 (2012-11-30) https://scienceon.kisti.re.kr/srch/selectPORSrchPatent.do?cn=KOR1020120138070

[26] 자동차 등록대수 2,344만대 돌파…2.2명당 1대 보유. 한국경제. 2019. (2020.11.28. 방문) https://www.hankyung.com/car/article/2019071550242

[27] 자동차 1년 평균 1만5914km 달린다…10년새 6400km 감소. 조선비즈. 2013. (2020.11.28. 방문) https://biz.chosun.com/site/data/html_dir/2013/11/11/2013111101189.html

[28] https://imnews.imbc.com/news/2020/world/article/5978556_32640.html, 김정원, 2020.11.18. (2020.11.25. 접속)

[29] ‘정부, 수소경제 활성화 로드맵 발표’, 보도자료, 산업통상자원부, http://www.motie.go.kr/www/main.do

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[31] 권진웅. "자동차 타이어 마모와 브레이크 마모의 미세먼지 배출량 추정." 국내석사학위논문 수원대학교, 2014. 경기도

[32] https://www.swagelok.com/ko-KR, Swagelok 제품카탈로그, (2020.11.16. 접속)

[33] https://www.busan.go.kr/traffic/trafficcensus0202, 부산광역시 교통정보, 2020.03.10. (2020.12.10.접속)

[34] https://www-trucknbus.hyundai.com/kr/products/bus/elec-city-fuel-cell, 일렉시티 수소전기버스 (2020.12.10.접속)

[35] http://www.autotribune.co.kr/news/articleView.html?idxno=4170, 기노현 기자, 2019.10.28. 기재 (2020.10.27. 접속)

[36] 박홍준, “서울시 전기버스 114대 증차계획.. 2025년 3천대 도입목표”,2019.07.25. http://auto.danawa.com/news/?Work=detail&no=3970968&NewsGroup=M (2020.10.28. 접속)

[37] 도로 재비산 먼지 저감 시범사업 타당성 조사 연구. 인천대학교. 환경부. 2008.

[38] http://retech.kr/sub010203, 도로미세먼지 흡입차 제원 및 특징

[39] http://www.autotribune.co.kr/news/articleView.html?idxno=4170, 기노현 기자, 2019.10.28. 기재 (2020.10.27. 접속)

[40] 박홍준, “서울시 전기버스 114대 증차계획.. 2025년 3천대 도입목표”,2019.07.25.